Действие электрического тока на организм человека

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Введение

Антропогенный производственный фактор (АПФ) - фактор, способный вызвать негативные изменения здоровья человека, непосредственно занятого в производственном процессе, и антропогенные изменения окружающей среды, подверженной воздействию данного производственного процесса.

Еще раз подчеркнем, что речь идет о факторах, которые обусловлены трудовой, производственной деятельностью.

Рассматривая воздействие АПФ на производственную окружающую среду и человека можно сформулировать следующие требования:

АПФ при их комплексном воздействии на человека не должны оказывать отрицательного влияния на здоровье человека при его профессиональной деятельности в течение длительного времени;
АПФ не должны вызывать снижения надежности и качества деятельности человека (оператора) при действии их в течение дня.
При учете и нормировании АПФ различают следующие уровни их воздействия на человека:
комфортная производственная окружающая среда обеспечивает оптимальную динамику работоспособности человека (оператора), хорошее самочувствие и сохранение его здоровья;
относительно дискомфортная производственная окружающая среда обеспечивает при воздействии в течение определенного интервала времени заданную работоспособность и сохранение здоровья, но вызывает у человека субъективные ощущения и функциональные изменения, не выходящие за пределы нормы;
экстремальная производственная окружающая среда приводит к снижению работоспособности человека и вызывает функциональные изменения, выходящие за пределы нормы, но не ведущие к патологическим нарушениям;
сверхэкстремальная производственная окружающая среда приводит к возникновению в организме человека патологических изменений и (или) к невозможности выполнения работы.

АПФ можно классифицировать по разным признакам.

По своей природе АПФ могут быть: физическими, химическими, биологическими, психофизиологическими.

С другой стороны, по своему действию АПФ могут различаться на:

вредные - АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводят к заболеванию или снижению работоспособности. К вредным АПФ можно отнести: шум, вибрацию, электромагнитные поля и др.
опасные - АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводят к травме или другому резкому ухудшению здоровья. К опасным АПФ относятся - электрический ток, газообразный хлор в определенных концентрациях и др.
особоопасные - АПФ, которые при определенных условиях приводят к промышленной аварии, т.е. разрушительному высвобождению собственного энергозапаса промышленного предприятия, при котором сырье, промежуточные продукты, продукция предприятия, отходы производства, установленное на промышленной площадке технологическое оборудование, вовлекаясь в аварийный процесс, создают факторы для населения, персонала, окружающей среды и самого промышленного предприятия, приводящие к катастрофическим последствиям (ионизирующие излучения, пожар, взрыв, выброс большого количества газообразного хлора и др).

Следует отметить, что вредные антропогенные производственные факторы носят, как правило, детерминированный характер, а опасные и особоопасные - стохастический характер. В количественную оценку стохастических АПФ входит вероятность возникновения данного фактора.

Выявление и анализ антропогенных производственных факторов, разработка комплекса способов и средств, позволяющих достигнуть гармонизации взаимодействия человека с окружающей производственной средой являются по существу обязательными элементами обеспечения любых производственных процессов.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Современное производство характеризуется широким применением различных электроустановок. В этой связи большое значение в общей системе инженерно-экологических мероприятий приобретают вопросы обеспечения электробезопасности. В данном разделе будут рассмотрены вопросы обеспечения электробезопасности промышленных электроустановок напряжением до 1кВ.

Согласно ГОСТ 12.1.009-76 Электробезопасность – система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих вредное и опасное воздействие на работающих электрического тока и электрической дуги.

Виды электротравм

Большинство специалистов и исследователей в области электробезопасности указывают на следующие действия, которые производит электрический ток, проходя через организм человека:

термическое действие – проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высоких температур внутренних тканей человека, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства;
электролитическое действие – проявляется в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава;
механическое действие – приводит к разрыву тканей и переломам костей;
биологическое действие - проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей в организме, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, присущих нормально действующему организму; с биологической точки зрения исход поражения человека электрическим током может быть следствием тех физиологических реакций, которыми ткани отвечают на протекание через них электрического тока.

В физиологическом смысле действие электрического тока является экзогенным, то есть обусловленным факторами внешней среды. Реакции, происходящие при возникновении электрической цепи через тело человека, бывают различными, начиная от легкого раздражения и локальной судороги, кончая летальным исходом. Подобно любому другому физическому раздражителю электрический ток действует не только местно, повреждая ткани, но и рефлекторно (действия, вызванные реакцией нервной системы в ответ на раздражение электрическим током).

Все многообразие действий электрического тока на организм человека приводит к различным электротравмам.

Электротравма – травма (резкое, внезапное изменение здоровья человека), вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги.

Электротравма (по В. Манойлову) – нарушение анатомических соотношений и функций тканей и органов, сопровождающееся местной и общей реакцией организма и вызванное ненормальным состоянием электрооборудования или электрических сетей.

Условно все электротравмы можно свести к следующим видам:

местные электротравмы – ярковыраженные местные нарушения целостности тканей, местные повреждения организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги;
общие электротравмы (электрические удары) – травмы, связанные с поражением всего организма из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем человека.
смешанные электротравмы.

Приблизительное распределение по видам электротравм (по П. Долину) в процентах от всех несчастных случаев, связанных с электротравмами в промышленности:

местные электротравмы - 20%;
электрические удары - 25%;
смешанные электротравмы – 55%.

Виды местных электротравм

Местные электротравмы чаще всего связаны с поверхностными повреждениями кожи, мягких тканей, а также связок и костей. В редких случаях при местной электротравме человек погибает (обычно это связано с тяжелыми ожогами). В таких случаях непосредственной причиной смерти является не электрический ток, а местное повреждение организма, вызванное действием тока.

Характерные местные электрические травмы:

электрические ожоги разной степени;
электрические знаки;
металлизация кожи;
механические повреждения;
электроофтальмия.

Электрические ожоги встречаются в 40% случаев и бывают двух видов:

токовый (контактный) – ток проходит непосредственно через тело человека;
дуговой – связан с тепловым воздействием электрической дуги.

Ожоги могут быть поверхностными или глубокими, сопровождающимися поражениями не только кожи, но и подкожной ткани, жира, мышц, нервов, костей. В последних случаях, как показывает опыт, заживление ожога идет медленно.

Вследствие значительного сопротивления кожи наблюдаются преимущественно поверхностные ожоги. Однако при большой частоте тока могут иметь место ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения поверхности кожи.

Различают четыре степени электрических ожогов:

I степень – покраснение кожи;
II степень – образование пузырей;
III степень – обугливание кожи;
IV степень – обугливание подкожной клетчатки, мышц, сосудов, нервов, костей.

Электрические знаки встречаются в 7% случаев, представляют собой специфические поражения, вызываемые главным образом механическим и химическим действиями тока и представляют собой резкоочерченные пятна серого или бледно-желтого цвета круглой или овальной формы размерами 1 – 5 мм с углублениями в центре. В некоторых случаях электрические знаки представляют собой форму или отпечаток той части установки, скоторой произошло соприкосновение. Электрические знаки могут появляться не не сразу после прохождения тока, аспустя некоторое время.

Металлизация кожи встречается в 3% случаев, является специфическим видом электротравмы и представляет собой проникновение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Металлизация кожи возможна также и при непосредственном плотном прикосновении кожи к токоведущей части без образования электрической дуги вследствие электролитического действия тока, когда последний, разлагая жидкость органических тканей, создает в ней основные и кислотные ионы. Специфическая окраска кожи при металлизации зависит от металла. В большинстве случаев металлизация кожи проходит, не оставляя следов.

Механические повреждения встречаются в 0,5% случаев и являются следствием резких, непроизвольных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. Механические повреждения возникают при относительно длительном нахождении человека под напряжением до 380 В и представляют собой разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани. Могут иметь место вывихи суставов и, даже, переломы костей.

Электроофтальмия встречается в 1,5% случаев и представляет собой воспаление наружных оболочек глаз – роговицы и коньюктивы, возникающее под воздействием мощного потока ультрафиолетовых лучей, которые поглощаются клетками организма и вызывают их изменения.

Электрический удар представляет собой общую электротравму, вызванную возбуждением живых тканей организма человека , проходящим через него электрическим током, сопровождающуюся судорожными сокращениями мышц.

В зависимости от паталогических процессов, возникающих при поражении электрическим током, принято, условно, следующим образом классифицировать общие электротравмы:

электрические удары I степени – наличие судорожного сокращения мышц без потери сознания;
электрические удары II степени – судорожные сокращения мышц, сопровождающиеся потерей сознания;
электрические удары III степени – потеря сознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания (возможно и то и другое);
электрические удары IV степени – клиническая смерть.

Полушаровой заземлитель

Шаровой заземлитель на поверхности земли, т. е. заглубленный так, что его центр находится на уровне земли (рис. 2.4), называется полушаровым заземлителем.

Рис. 3.4. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя

Для такого заземлителя уравнение потенциальной кривой на поверхности земли (так же как и в объеме земли) можно получить из (3.5), приняв t = 0. Тогда:

(3.8)

(Это же выражение можно получить и другим путем, используя подход, как при выводе уравнения потенциальной кривой шарового заземлителя. )

Потенциал полушарового заземлителя j _з, В, при радиусе заземлителя х = r, м, определяется из уравнения:

(3.9)

Разделив (2.8) на (2.9), получим:

(3.10)

Обозначив произведение постоянных j _з и r через k, получим уравнение равносторонней гиперболы:

(3.11)

Следовательно, потенциал на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя изменяется по закону гиперболы, уменьшаясь от максимального значения j _з до нуля по мере удаления от заземлителя (рис. 3.4). Следует отметить, что в реальных условиях, когда грунт неоднороден, изменение потенциала при удалении от заземлителя будет происходить не по гиперболе, а по какой-либо другой кривой.

Стержневой заземлитель

Рассмотрим стержневой вертикальный заземлитель круглого сечения длиной l, м, и диаметром d, м, погруженный в землю так, чтобы его верхний конец был на уровне земли (рис. 2.5). По заземлителю стекает ток I_з, А. Требуется записать выражение для расчета потенциала точек на поверхности земли и потенциала заземлителя.

Разбиваем заземлитель по длине на бесконечно малые участки длиной каждый dy и уподобляем их элементарным шаровым заземлителям диаметром dy, м. С каждого такого участка в землю стекает ток, А

который обусловливает возникновение элементарного потенциала d j в любой точке земли. Для точки А на поверхности земли

Рис. 2.5. Стержневой заземлитель

С помощью соответствующих подстановок и интегрируя по всей длине стержневого заземлителя (от 0 до l), получим уравнение потенциальной кривой:

(3.12)

Потенциал заземлителя j _з, В, определяется при х = 0,5 d, м, т, е.

Обычно на практике 0,5d << l, следовательно, первым слагаемым под корнем можно пренебречь. Тогда выражение для расчета потенциала стержневого заземлителя примет вид:

(3.13)

Дисковый заземлитель

Дисковый заземлитель – это круглая пластина диаметром D, м, лежащая на земле (рис. 3.6). Распределение потенциала на поверхности земли вдоль радиуса диска описывается уравнением:

(3.14)

Рис.3.6. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг дискового заземлителя

Потенциал дискового заземлителя (при х = 0,5D, м):

. (3.15)

Напряжение прикосновения

При работе в действующих электроустановках всегда существует определенная вероятность попадания человека под действие электрического тока. Эта вероятность может быть меньше или больше в зависимости от разных факторов. Но в любом случае при оценке действия тока на человека определяются значения:

- напряжения прикосновения;

- напряжения шага.

Напряжение прикосновения

Согласно нормативным документам напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

U_пр = I_h R_h, (2.35)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути "рука - ноги", A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя j_з, а другая – потенциал основания в том месте, где стоит человек, j_осн. При этом напряжение прикосновения:

U_пр = j _з – j _осн. (2.36)

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то U_пр = j_зa₁,

где a₁— коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

(2.37)

Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:

Напряжение шага

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

U_ш = I_h R_h, (3.42)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути нога — нога, A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др.— интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя. Без учета сопротивления растеканию тока основания напряжением шага будет являться разность потенциалов j _х, В, и j _х+а, В, двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии х и (х + а) от заземлителя и на расстоянии шага а одна от другой и на которых стоит человек (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Напряжение шага при одиночном заземлителе

Таким образом, напряжение шага, В, будет:

U_ш = j _х – j _х+а. (3.43)

Поскольку j _х, и j_х+а являются частями потенциала заземлителя j_з, то разность их также есть часть этого потенциала. Поэтому выражение (3.43) мы вправе записать в виде:

U_ш = j_з b₁, (3.44)

где b₁— коэффициент напряжения шага или просто коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой:

(3.45)

Напряжение шага определяется отрезком АВ (рис. 3.15), длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т. е. от типа заземлителя, и изменяется от максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя:

o напряжение шага при одиночном заземлителе;

o напряжение шага при групповом заземлителе.

3.3.1. Напряжение шага с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек.

Как и в случае напряжения прикосновения, разность потенциалов между двумя точками, на которых стоит человек, т. е.

U_ш = j _х – j _х+а. = j_з b₁

делится между сопротивлением тела человека и последовательно соединенным с ним сопротивлением растеканию основания, на котором он стоит, R_ocн, Ом.

В данном случае сопротивление основания складывается из двух последовательно соединенных сопротивлений растеканию ног человека: R_ocн= 2 R_н (рис. 3.17).

Рис. 3.17. К определению напряжения шага с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию ног человека:

1 – потенциальная кривая; 2 – кривая, характеризующая изменение U_ш с изменением расстояния от заземлителя

Следовательно,

откуда напряжение шага, В:

(3.46)

или

(3.47)

где b₂— коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

(3.48)

Многослойная земля

Рис. 4.1. Система TN-C

Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (см. рис.4.2).

Рис. 4.2. Система TN-S

Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электроэнергии (см. рис. 4.3).

Рис.4.3. Система TN-C-S

Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (см. рис.4.4). В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т.е. PE – проводник.

Рис. 4.4. Система IT

Система TT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Поскольку целью настоящей главы является анализ электробезопасности собственно различных типов электрических сетей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии, то для удобства изложения материала в дальнейшем будем пользоваться терминами типа “сеть TN-S" и т.д., которые означают совокупность источника электроэнергии с определенным режимом заземления нейтрали и питающей линии с определенной системой токоведущих проводников, например, сеть TN-C означает совокупность источника электроэнергии с глухозаземленной нейтралью и трехфазной четырехпроводной питающей линии.

Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека I_h и напряжением прикосновения U_h, существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:

o напряжения и частоты сети;

o режима нейтрали сети;

o схемы включения человека в электрическую цепь;

o сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли;

o емкости фазных проводов сети относительно земли;

o режима работы сети.

Типы заземляющих устройств.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. 5.4) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным.

Рис.4.4. Выносное заземляющее устройство

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения a₁=1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения U_пр.доп(с учетом коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, a₂):

где I_з– ток, стекающий в землю через заземляющее устройство; r_з– сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

· при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;

· при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;

· при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство (рис. 5.5) характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Рис. 4.5. Контурное заземляющее устройство

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

5.3. Выполнение заземляющих устройств. Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – сторонние проводящие части, находящиеся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемые для целей заземления.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т. п.

Расчет защитного заземления

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления – число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

1) характеристика электроустановки — тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т. п.;

2) план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

3) формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

4) данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных (климатических) условиях, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

5) данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением. Если по каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетным путем;

6) расчетный ток замыкания на землю. Если ток неизвестен, то его вычисляют обычными способами;

7) расчетные значения допустимых напряжений прикосновения (и шага) и время действия защиты, в случае если расчет производится по напряжениям прикосновения (и шага).

Расчет заземления производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в многослойном грунте.

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается, сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев r₁, и r₂соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h₁. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий. Вместе с тем он дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т. е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

При расчете заземляющего устройства любым способом необходимо определить для него требуемое сопротивление.

Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства производят в соответствии с ПУЭ.

Для установок напряжением до 1 кВ сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе типа IT должно соответствовать условию:

где R_з- сопротивление заземляющего устройства, ом; U_пр.доп – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 в; I_з– полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность трансформаторов и генераторов, питающих сеть, не превышает 100 кВА, в том числе суммарная мощность трансформаторов и (или) генераторов, работающих параллельно.

Для установок напряжением выше 1 кВ сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать:

· 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т. е. при больших токах замыкания на землю);

· 250/I_з , но не более 10 Ом при изолированной нейтрали (т. е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В.

В этих выражениях I_з — расчетный ток замыкания на землю.

В процессе эксплуатации может произойти повышение сопротивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного значения, поэтому необходимо периодически контролировать значение сопротивления заземлителя.

Защитное отключение

Принцип работы УЗО

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (устав-кой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 7.1).

Кроме того УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению.

Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение; уставка; время срабатывания устройства.

Рис.7.1. Классификация УЗО по виду входного сигнала

Основные параметры УЗО

Основными параметрами УЗО дифференциального типа являются:

- уставка (дифференциальный отключающий ток);

- время срабатывания;

- ток нагрузки;

- напряжение питания.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается целый ряд УЗО различного назначения. Кроме того, широко используются УЗО известных зарубежных фирм, таких как Siemens, ABB, GE Power, ABL Sursum, Hager, AEG, Baco, Legrand, Merlin-Gerin, Circutor и др.

Применение УЗО должно осуществляться в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) (Седьмое издание).

Магнитное поле

Общие сведения

Электроустановки электроэнергетических и промышленных предприятий, исследовательских лабораторий являются источником магнитного поля (МП) частотой 50 Гц. Магнитное поле - одна из составляющих электромагнитного поля, которая создается током, протекающим через проводник.

Магнитное поле имеет место в электроустановках всех классов напряжения. Его интенсивность выше вблизи выводов генераторов, токопроводов, блочных силовых трансформаторов и автотрансформаторов связи ОРУ разных напряжений (особенно на уровне разъема бака), а также ЗРУ 6—10 кВ и вблизи них. В помещениях вблизи КРУ, у токопроводов, вблизи электродвигателей, ОРУ, КЛ, ВЛ всех напряжений интенсивность магнитного поля существенно ниже. Более сложная ситуация с системой кабельных линий здания. При появлении в кабельной линии тока утечки возникающий дисбаланс, т.е. неравенство нулю суммарного тока по кабельной линии, создает в окружающем пространстве магнитное поле, медленно убывающее с увеличением расстояния от рассматриваемого кабеля. Кроме того, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к протеканию токов по металлоконструкциям и трубопроводным системам, что также является причиной увеличения уровней МП ПЧ.

Воздействие магнитного поля на персонал может быть как общим, так и преимущественно локальным (на конечности). Магнитное поле индуцирует в теле человека вихревые токи. Согласно современным представлениям, индуцирование вихревых токов является основным механизмом биологического действия магнитных полей. Основным параметром, его характеризующим, является плотность вихревых токов. Допустимое значение плотности вихревого тока в организме положено в основу и всех действующих в мире гигиенических регламентов магнитного поля (с разными коэффициентами гигиенического запаса).

Интенсивность воздействия МП определяется напряженностью (Н) или магнитной индукцией (В) (их эффективными значениями). Напряженность МП выражается в А/м (кратная величина кА/м); магнитная индукция в Тл (дольные величины мТл, мкТл, нТл). Индукция и напряженность МП связаны следующим соотношением:

B = μ₀. H=1,25 . Н, мкТл, (2.1)

где μ₀ =4π • 10-7 Гн/м - магнитная постоянная;

Н- напряженность магнитного поля, А/м.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) магнитного поля устанавливаются в зависимости от времени пребывания персонала для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия (табл.2.1).

Таблица 2.1

Предельно допустимые уровни магнитного поля

(СанПиН 2.2.4.1191—03) Время пребывания (ч)	Допустимые уровни МП, Н [А/м]/В [мкТл] при воздействии
	общем	локальном
< 1	1600/2000	6400/8000
2	800/1000	3200/4000
4	400/500	1600/2000
8	80/100	800/1000

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) МП общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

Допустимое время пребывания может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня.

Контроль за соблюдением уровней электромагнитного поля частотой 50 Гц должен осуществляться на рабочих местах персонала, обслуживающего электроустановки переменного тока (линии электропередачи, распределительные устройства и др.), электросварочное оборудование, высоковольтное электрооборудование промышленного, научного и медицинского назначения и др.

Согласно докладу рабочей группы CIGRE для всех людей допускается неограниченное время воздействия МП напряженностью 80 А/м. В последние годы все чаще говорят о необходимости снижения допустимого уровня МП, зачастую локально, например, около школ, площадок для игр и т.д.

В свою очередь, причиной повышенного уровня магнитного поля, как правило, являются недостатки в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей в зданиях. Российская предельно-допустимая гигиеническая норма - 10 мкТл внутри жилых помещений и 50 мкТл на территории зоны жилой застройки (СанПиН 2.1.2.1002—00).

В 2001 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в информационном сообщении "Electromagnetic fields and public health. Extremely low frequency fields and cancer" признала, что в свете современных научных представлений, магнитное поле промышленной частоты (МП ПЧ) со значениями плотности магнитного потока, превышающими 0,3-0,4 мкТл, в условиях продолжительного воздействия, возможно, является канцерогенным фактором окружающей среды. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, т.е. всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.

Биологическая эффективность МП зависит от интенсивности и продолжительности воздействия. Показана возможность неблагоприятного влияния МП на здоровье человека. Реакции организма имеют неспецифический характер. Обследование взрослого населения показало, что существует еще одна проблема, лежащая в аспекте появления отделенных последствий у лиц, имеющих контакт с МП ПЧ и поднятая во многих публикациях, заключается в возможности развития нейродегеративных болезней и нейрологических расстройств. К этой возможной патологии в настоящее время относят депрессивный синдром, прогрессирующую мышечную атрофию (боковой амитрофический склероз), болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также возможное учащение случаев самоубийств.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует придерживаться в качестве безопасного уровня 0,2 мкТл, учитывая относительную неизученность отдаленных последствий воздействия этого фактора.

Магнитные поля промышленной частоты биологически значимого уровня 0,2 мкТл и выше и продолжительного периода воздействия имеют широкое распространение в условиях непрофессионального воздействия. Они фиксируются на постоянных рабочих местах независимо от профессиональной категории работающих, а также внутри жилых помещений (табл.2.2).

Таблица 2.2

Уровни МП ПЧ бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м Бытовой электроприбор	От, мкТл	До, мкТл
Пылесос	0,2	2,2
Дрель	2,2	5,4
Миксер	0,5	2,2
Люминесцентная лампа	0,5	2,5
Микроволновая печь	4,0	12
Электрическая плита	0,4	4,5

Введение

Еще раз подчеркнем, что речь идет о факторах, которые обусловлены трудовой, производственной деятельностью.

АПФ при их комплексном воздействии на человека не должны оказывать отрицательного влияния на здоровье человека при его профессиональной деятельности в течение длительного времени;
АПФ не должны вызывать снижения надежности и качества деятельности человека (оператора) при действии их в течение дня.
При учете и нормировании АПФ различают следующие уровни их воздействия на человека:
комфортная производственная окружающая среда обеспечивает оптимальную динамику работоспособности человека (оператора), хорошее самочувствие и сохранение его здоровья;
относительно дискомфортная производственная окружающая среда обеспечивает при воздействии в течение определенного интервала времени заданную работоспособность и сохранение здоровья, но вызывает у человека субъективные ощущения и функциональные изменения, не выходящие за пределы нормы;
экстремальная производственная окружающая среда приводит к снижению работоспособности человека и вызывает функциональные изменения, выходящие за пределы нормы, но не ведущие к патологическим нарушениям;
сверхэкстремальная производственная окружающая среда приводит к возникновению в организме человека патологических изменений и (или) к невозможности выполнения работы.

АПФ можно классифицировать по разным признакам.

По своей природе АПФ могут быть: физическими, химическими, биологическими, психофизиологическими.

С другой стороны, по своему действию АПФ могут различаться на:

вредные - АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводят к заболеванию или снижению работоспособности. К вредным АПФ можно отнести: шум, вибрацию, электромагнитные поля и др.
опасные - АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводят к травме или другому резкому ухудшению здоровья. К опасным АПФ относятся - электрический ток, газообразный хлор в определенных концентрациях и др.
особоопасные - АПФ, которые при определенных условиях приводят к промышленной аварии, т.е. разрушительному высвобождению собственного энергозапаса промышленного предприятия, при котором сырье, промежуточные продукты, продукция предприятия, отходы производства, установленное на промышленной площадке технологическое оборудование, вовлекаясь в аварийный процесс, создают факторы для населения, персонала, окружающей среды и самого промышленного предприятия, приводящие к катастрофическим последствиям (ионизирующие излучения, пожар, взрыв, выброс большого количества газообразного хлора и др).

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Действие электрического тока на организм человека

Используя электротехнические изделия на производстве или в быту, человек может попасть под действие электрического тока.

При этом тяжесть поражения электрическим током будет зависеть от множества факторов, в том числе: значения протекающего через человека тока, значения и рода напряжения, времени воздействия электрического тока на организм человека, мест контакта элементов электрической цепи с телом человека, индивидуальных особенностей человека, окружающей среды и окружающей человека обстановки; типа электроустановки; особенностей эксплуатации электроустановки и др.

Только одно приведенное перечисление факторов свидетельствует о сложности и многообразии процессов, происходящих при воздействии электрического тока на человека, а исход поражения обуславливается комплексом физических и биологических явлений, взаимосвязанных и взаимообусловленных.